Физика_Л_1-2

1 v 2c

ливо соотношение: p Ec . Инвариантной величиной при переходе от одной системы отсчёта к другой является соотношение между энергией, импульсом и массой покоя: E2 p2c2 m02c4 .

Для фотона p Ec , поэтому его масса покоя должна быть равна нулю: m0 0 . Фотон всегда

движется со скоростью света – его нельзя остановить, поэтому говорить об его массе по-

коя нельзя.

Такие явления как интерференция и дифракция света свидетельствуют о волновой природе света. Фотоэффект свидетельствует, что свет является потоком частиц (корпускул). Таким образом, свет обнаруживает корпускулярно-волновой дуализм – в одних явлениях он ведёт себя как волны, а в других - как набор частиц.

Рассмотрим явление, в котором одновременно проявляются и волновые и корпускулярные свойства света.

Эффект Комптона.

Эффект Комптона (Комптон-эффект) – явление, состоящее в изменении длины волны рассеянного излучения при пропускании через вещество излучения рентгеновского диапазона. Изменение длины волны не зависит от свойств вещества, но зависит от угла рассеяния. Если длина волны падающего излучения , длина волны рассеянного , а - угол рассеяния, то опыт показывает, что справедлива формула для изменения длины волны, называемая формулой

Комптона: С 1 cos , где постоянная величина C 2,4263 10 12 м называется

комптоновской постоянной (комптоновской длиной волны для электрона). Уменьшение энергии фотона после комптоновского рассеяния называется комптоновским сдвигом.

Для описания этого явления рассмотрим упругое соударение фотона и электрона. При этом будем рассматривать свободные электроны – т.е. такие электроны, которые относительно слабо связаны с атомами вещества. (В случае сильной связи электрон и атом ведут себя как единое целое при таком ударе.) При ударе фотона с покоившимся электроном закон сохранения

k p

k

11

энергия электрона после удара.

Используя теорему косинусов, запишем закон сохранения импульса в виде следующего равенства:

Из выражения для закона сохранения энергии: Ee2 E mec2 E 2 h mec2 h 2 .

Подставим это соотношение в выражение закона сохранения импульса:

тоже практически совпадает с экспериментальным.

Явление обнаружено американским физиком Артуром Комптоном в 1923 году для рентгеновского излучения. В 1927 году Комптон получил за это открытие Нобелевскую премию по физике.

В комптон-эффекте фотоны одновременно проявляют корпускулярные (импульс) и волновые (длина волны) свойства.

Замечание. Для наблюдения эффекта Комптона необходимо, чтобы длина волны излучения была примерно равна комптоновской постоянной. Для свободных электронов это значение

янного излучения является величиной гораздо меньшего порядка.

12

Замечание. Эффектом, обратным эффекту Комптона, является увеличение частоты света, претерпевающего рассеяние на релятивистских электронах, имеющих энергию выше, чем энергия фотонов. То есть, в процессе такого взаимодействия происходит передача энергии от электрона фотону. Обратный эффект Комптона ответственен за рентгеновское излучение галактических источников, рентгеновскую составляющую реликтового фонового излучения, трансформацию плазменных волн в высокочастотные электромагнитные волны.

13